小麥品種籽粒主要礦物質(zhì)元素含量分析

小麥品種籽粒主要礦物質(zhì)元素含量分析

0重視小麥中礦物質(zhì)元素含量的生物利用[研究意義]礦產(chǎn)，尤其是養(yǎng)分缺乏導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)不良，是一個(gè)全球問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。Underwood等認(rèn)為，全世界有超過(guò)15億成年人和大約2.5億兒童不同程度地缺乏鐵、鋅和碘等礦物質(zhì)元素。由于缺鐵所造成的貧血是全球最為普遍的營(yíng)養(yǎng)性疾病，在中國(guó)的發(fā)病率為20%左右。礦物質(zhì)元素缺乏一般可以通過(guò)食用富含礦物質(zhì)元素的食物或在食物中添加礦物質(zhì)元素進(jìn)行食物強(qiáng)化來(lái)解決，但生物強(qiáng)化即通過(guò)遺傳改良來(lái)提高微量元素含量是最經(jīng)濟(jì)有效的方法。為此，在挑戰(zhàn)計(jì)劃項(xiàng)目生物強(qiáng)化（bio-fortificationofharvestpluschallengeprogram）的資助下，國(guó)際玉米小麥改良中心（CIMMYT）開(kāi)始致力于通過(guò)育種途徑提高包括小麥和玉米在內(nèi)的主要農(nóng)作物中的礦物質(zhì)元素含量。期望通過(guò)篩選材料，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有可供利用的遺傳變異；對(duì)其進(jìn)行遺傳和生理學(xué)基礎(chǔ)研究，通過(guò)分析礦物質(zhì)元素含量高的材料的生物有效性，以經(jīng)濟(jì)有效地增加人們的營(yíng)養(yǎng)，平衡膳食?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】小麥常年種植面積約為2.33×107ha，總產(chǎn)約9.6×107t，是中國(guó)北方大部分地區(qū)尤其是貧困地區(qū)居民的主要糧食作物。因此提高小麥中礦物質(zhì)元素的含量對(duì)于提高小麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，從而解決中國(guó)居民尤其是貧困地區(qū)居民由于礦物質(zhì)缺乏造成的健康問(wèn)題具有重大意義?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前中國(guó)尚未開(kāi)展小麥品種籽粒（以下簡(jiǎn)稱品種）礦物質(zhì)元素含量的分析工作，對(duì)中國(guó)主要麥區(qū)小麥品種主要礦物質(zhì)元素的含量亦未見(jiàn)報(bào)道。為此，在HarvestPlus國(guó)際合作挑戰(zhàn)項(xiàng)目支持下，將來(lái)自北方冬麥區(qū)的240份小麥品種（系）于1997～1998年度種植在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所試驗(yàn)田內(nèi)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】對(duì)其鐵和鋅等主要礦物質(zhì)元素含量進(jìn)行初步分析和篩選，為進(jìn)一步改良中國(guó)小麥品種的鐵鋅等礦物質(zhì)元素的含量，改善中國(guó)人民的營(yíng)養(yǎng)狀況提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1田間誤差估計(jì)來(lái)自北京、河北、河南、山東、山西和陜西等6省區(qū)240個(gè)小麥品種和高代品系于1997～1998年度種植在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田，試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用單重復(fù)拉丁方格子設(shè)計(jì)（Latinizedalphalatticedesign）,7排，40列，間隔加對(duì)照品種京411進(jìn)行田間誤差估計(jì)。單行播種，行長(zhǎng)2m，每行80粒。按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行田間管理。籽粒成熟后按品種單行混收，用木制工具脫粒，風(fēng)干后隨機(jī)取10g籽粒，用旋風(fēng)磨（CYCLOTEC1093SampleMill,Switzerland）粉碎，過(guò)60目篩。全粉含水量用近紅外分析儀（NIR,DICKEY-johnInstalab600,NewportScientificSalesandServicesLtd.，Australia）測(cè)定。1.2等離子發(fā)射光譜法稱取0.600～0.800g樣品，按Johnson和Ulrich方法用硝酸-高氯酸進(jìn)行聯(lián)合消煮，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜（inductivelycouplesplasmaopticalemissionspectrometry,ICPOES）方法，在澳大利亞阿德雷德大學(xué)分析鐵、鋅、錳、銅等微量元素和鈣、鎂、鉀、磷、硫等常量元素的含量。每間隔10個(gè)樣品進(jìn)行一次平行分析，以保證試驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可靠性。同時(shí)換算成干重樣品養(yǎng)分含量。1.3數(shù)據(jù)處理和分析采用合適的空間模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將所得品種各性狀最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)值用于隨后的數(shù)據(jù)處理和分析。采用StatisticalAnalysisSystem(SASInstitute,2000）統(tǒng)計(jì)分析軟件，調(diào)用PROCMEANS和PROCCORR分別進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)量和相關(guān)等分析。2結(jié)果與分析2.1小麥主要礦物質(zhì)元素含量的特征將240份小麥品種（系）的礦物質(zhì)元素含量基本統(tǒng)計(jì)量分析結(jié)果列于表1，并將鐵、鋅含量最高的10個(gè)品種（系）的名稱及來(lái)源分別列于表2和表3ㄢ從表1可看出，品種間各微量和常量礦物質(zhì)元素含量均存在明顯差異。微量元素中，鐵平均含量最高，為41.9mg·kg-1；銅含量最低，為5.54mg·kg-1；鋅和錳含量居中，分別為29.3和36.3mg·kg-1。它們的變異系數(shù)均較大，為12%～16%；其中與人體健康密切相關(guān)的鐵和鋅元素含量的最高值分別為65.6和43.9mg·kg-1，是各自最低值的2.1和5.3倍。常量元素中，鉀平均含量最高，達(dá)4747mg·kg-1；鈣含量最低，為465mg·kg-1；鎂和磷、硫含量居中。其中鉀和鈣變異較大，變異系數(shù)分別為11%和13%，最高值均為最低值的2.0倍；鎂和硫的變異最小，變異系數(shù)分別為7.3%和7.0%，最高值均為最低值的1.5倍。由此可見(jiàn)，中國(guó)北方冬麥區(qū)小麥品種主要礦物質(zhì)元素含量變異范圍廣，通過(guò)育種途徑提高其含量的潛力大。從表2可知，鐵含量最高的10個(gè)品種分別為中優(yōu)9507、煙2980、中作8131-1、中品92050、京冬6號(hào)、中品920809、1061-93矮、中優(yōu)14、中優(yōu)16和優(yōu)選14。其中優(yōu)選14鐵含量最高，達(dá)65.6mg·kg-1；其次為中優(yōu)16，達(dá)59.1mg·kg-1。上述品種有8個(gè)來(lái)自北京，其中中優(yōu)9507、中優(yōu)14、中優(yōu)16和優(yōu)選14均為中作8131-1的選系。只有煙2980和1061-93矮來(lái)自山東。從表3可知，鋅含量最高的10個(gè)品種分別為中品92050、優(yōu)選9、中優(yōu)14、優(yōu)選14、中優(yōu)16、中品920809、臨旱6105、京冬6號(hào)、中作8131-1和山農(nóng)435001。其中山農(nóng)435001鋅含量最高，達(dá)43.9mg·kg-1；其次為中作8131-1，達(dá)43.8mg·kg-1。上述品種同樣有8個(gè)來(lái)自北京，中作8131-1及其選系的籽粒鋅含量也較高。只有臨旱6105和山農(nóng)435001分別來(lái)自山西和山東。2.2河南品種的微量元素將不同地區(qū)來(lái)源品種主要礦物質(zhì)元素含量的比較分析結(jié)果列于表4ㄢ從表4可看出，不同地區(qū)來(lái)源品種的鉀和磷元素含量差異不顯著，鐵、鋅、錳、銅等微量和鈣、鎂、硫等常量礦物質(zhì)元素含量則存在明顯差異。微量元素中，北京和山東地區(qū)來(lái)源品種的鐵平均含量最高，分別為42.2和42.8mg·kg-1；河北和河南品種的鐵平均含量最低，分別為39.6和39.2mg·kg-1。北京品種的鋅平均含量最高，為30.7mg·kg-1；河南品種的鋅平均含量最低，為25.7mg·kg-1。河北和山東品種的錳平均含量最高，均為38.6mg·kg-1；河南品種的錳平均含量最低，為34.2mg·kg-1。北京、山東和陜西品種的銅平均含量最高，分別為5.70、5.69和5.78mg·kg-1；河南品種的銅平均含量最低，為4.95mg·kg-1。常量元素中，山東品種的鈣平均含量最高，為491mg·kg-1，河南品種的鈣平均含量最低，為431mg·kg-1。河北品種的鎂平均含量最高，為1608mg·kg-1；其它地區(qū)品種的鎂平均含量都較低，為1510～1532mg·kg-1。河北和山西品種的硫平均含量最高，分別為1941和1933mg·kg-1；河南品種的硫平均含量則最低，為1827mg·kg-1。從以上分析可看出，北京和山東品種鐵、鋅、銅等微量元素含量較高，河北和山東品種鈣、鎂、磷等常量元素含量較高，河南品種的大部分微量和常量元素含量都較低。2.3元素含量分布將小麥籽粒各礦物質(zhì)元素含量間相關(guān)性分析結(jié)果列于表5ㄢ從表5可看出，籽粒中鐵和鋅元素含量間相關(guān)系數(shù)最高，為0.630；其次為鎂與磷、鎂與硫、鋅與磷、磷與硫，其含量間相關(guān)系數(shù)分別為0.571和0.521、0.502、0.537，均達(dá)0.001顯著水平。由此可知，小麥各微量及常量礦物質(zhì)元素含量間存在一定的相關(guān)性和依存關(guān)系。3．主要來(lái)源品種的土地活性成分缺鐵性貧血是世界上最常見(jiàn)的一種營(yíng)養(yǎng)缺乏病，也是當(dāng)前最為人們關(guān)注的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一。各類人群都可能由于不同原因造成體內(nèi)鐵含量不足或缺乏，并導(dǎo)致缺鐵性貧血。中國(guó)居民中缺鐵性貧血普遍存在，鈣缺乏也很普遍和嚴(yán)重，其中尤以婦女兒童發(fā)病率最高，嚴(yán)重危害著中國(guó)人民的身體健康。最新研究表明，青少年體內(nèi)鐵鋅元素含量不足會(huì)在一定程度上影響其智力的發(fā)展（黃承鈺，個(gè)人通訊）。本研究表明，小麥品種間各礦物質(zhì)元素含量存在明顯差異。微量元素中，鐵平均含量最高，銅含量最低；常量元素中，鉀平均含量最高，鈣含量最低。除鎂和硫元素外，其它各礦物質(zhì)元素含量變幅均較大。中作8131-1、中品92050、京冬6號(hào)、中品920809、中優(yōu)14、中優(yōu)16和優(yōu)選14等品種（系）鐵和鋅含量均較高，其中中優(yōu)14、優(yōu)選14和中優(yōu)16均為中作8131-1的選系，其面包加工品質(zhì)也較好。另外，京冬6號(hào)、京冬8號(hào)、中麥9號(hào)等鐵元素含量較高的品種都曾經(jīng)或還是當(dāng)?shù)氐闹髟云贩N（資料未列出），產(chǎn)量也較高，其中京冬6號(hào)和京冬8號(hào)均由有芒紅7號(hào)/洛夫林10號(hào)雜交后代與其它品種雜交組合選育而成。這都表明品種籽粒鐵鋅等元素含量高的品種間存在一定的親緣關(guān)系。此外，籽粒中各礦物質(zhì)元素含量間存在一定的相關(guān)性，鐵和鋅、鎂與磷、鎂與硫、鋅與磷、磷與硫等元素含量間相關(guān)系數(shù)分別為0.502～0.630，均達(dá)0.001顯著水平，表明上述礦物質(zhì)元素含量間可能存在著某種程度的依存關(guān)系，這與Graham等的研究結(jié)果相一致。因此，綜合上述資料表明，育種中通過(guò)選擇或選用合適的親本是可以同時(shí)提高小麥品種的產(chǎn)量與鐵、鋅和鈣等元素的含量。鑒于此前尚未對(duì)中國(guó)的小麥品種進(jìn)行礦物質(zhì)元素含量分析，應(yīng)在本研究工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步篩選中國(guó)現(xiàn)有品種特別是各地主栽品種的礦物質(zhì)元素含量，特別是與人體健康密切相關(guān)的鐵和鋅元素的含量，對(duì)其含量高的主栽品種直接推廣加以利用，并可和其他高鐵鋅含量品系一起作為親本，以經(jīng)濟(jì)有效地直接或間接利用這些材料，進(jìn)一步提高中國(guó)小麥品種的礦物質(zhì)特別是鐵鋅等元素的含量。本試驗(yàn)將所有240個(gè)品種和品系種植在同一個(gè)地點(diǎn)，測(cè)定其籽粒礦物質(zhì)元素的含量，從而消除了環(huán)境因素對(duì)其籽粒礦物質(zhì)元素含量的影響，品種間測(cè)定結(jié)果具有可比性。不同地區(qū)來(lái)源品種除鉀和磷元素含量差異不顯著，鐵、鋅、錳、銅等微量和鈣、鎂、硫等常量礦物質(zhì)元素含量均存在明顯差異，其中北京和山東品種鐵、鋅、銅等微量元素含量較高，河北和山東品種鈣、鎂、磷等常量元素含量較高，河南品種大部分微量和常量元素含量都較低。系譜分析可知，北京地區(qū)來(lái)源品種中優(yōu)14、優(yōu)選14和中優(yōu)16均為中作8131-1的選系，北京837、京冬6號(hào)和京冬8號(hào)均由有芒紅7號(hào)/洛夫林10號(hào)雜交后代與其他品種雜交組合選育而成，并和北京841、京411等都含有洛夫林10號(hào)的血緣；河北和山東地區(qū)來(lái)源品種冀麥24、冀麥26、魯麥7、魯麥12等也含有洛夫林10號(hào)的血緣；河南品種則較多含意大利品種阿夫（Funo）和前蘇聯(lián)品種山前麥血緣，較少含洛夫林10號(hào)的血緣。因此，造成各地區(qū)來(lái)源品種礦物質(zhì)元素含量差異的主要原因可能在于品種間的遺傳背景不同，與本試驗(yàn)中各地區(qū)品種所用親本來(lái)源有一定關(guān)系。對(duì)于品種礦物質(zhì)元素含量較低的地區(qū)（如河南），可以通過(guò)引進(jìn)礦物質(zhì)元素含量較高地區(qū)（如北京和山東）的品種作為親本來(lái)改良和提高當(dāng)?shù)仄贩N的礦物質(zhì)元素含量。本研究只選用了一年一點(diǎn)的結(jié)果，未進(jìn)行環(huán)境對(duì)品種礦物質(zhì)元素含量的影響分析。董慕新和張輝對(duì)種植在中國(guó)8